是否可以在不使用到任何熒光標(biāo)記或抗體的前提下，對組織中甚至單個細胞中的多個分子分布進行成像并確定它們的化學(xué)特性呢？這不是一個荒謬的想法，因為質(zhì)譜成像技術(shù)（mass spectrometry imaging，MSI）確實有可能做得到。

幾十年前，質(zhì)譜技術(shù)首次被用于針對組織和細胞中的元件分布進行成像。1997年，范德堡大學(xué)質(zhì)譜研究中心主任，生物化學(xué)教授Richard Caprioli博士第一次提出基質(zhì)輔助激光解吸電離（MALDI）質(zhì)譜分子成像技術(shù)，這項技術(shù)不局限于特異的一種或者幾種蛋白質(zhì)分子，它可在組織切片中找到每一種蛋白質(zhì)分子，并提供這些蛋白質(zhì)分子在組織中的空間分布的精確信息，而事先無需知道所檢測蛋白的信息，同時可對這些蛋白質(zhì)分子含量進行相對定量。他的這一壯舉開啟了被稱為質(zhì)譜分析無標(biāo)記分子成像的研究新領(lǐng)域。

質(zhì)譜分析是測量樣品中存在的化學(xué)物質(zhì)的一種技術(shù)，而質(zhì)譜成像MSI則是通過激光掃描組織表面，令特定點分子電離，然后利用質(zhì)譜儀記錄每個點的完整質(zhì)譜，再通過計算機程序重建代表組織切片上感興趣質(zhì)量信號分布的圖像，這樣解析質(zhì)譜數(shù)據(jù)就能確定分子。只要信號足，幾乎任何分子（如肽，代謝物和脂質(zhì)）的分布都可以使用MSI進行映射，因此MSI除了在基礎(chǔ)研究中的眾多應(yīng)用之外，在跟蹤藥物在組織中的分布或疾病診斷方面也具有很大的潛力。

最近在蛋白質(zhì)組學(xué)研究方面的進展也來自于質(zhì)譜的多種應(yīng)用（包括MSI）：新的離子源和高分辨率，高精度的質(zhì)量分析儀使質(zhì)譜靈敏度得到了實質(zhì)性的改善，同時這種改進也激發(fā)了許多新的數(shù)據(jù)分析方法。

2017年，MSI技術(shù)進展使得解析亞細胞分子分布成為可能（例如，Nat.Methods 14,90-69，2017; Nat.Methods 14,1175-1183,2017），此外研究人員還開發(fā)了改進3D樣品中分子成像的方法（Nat.Methods 14,1175-1183，2017），并捕獲關(guān)于樣品拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的相應(yīng)信息（Nat.Methods 14,1156-1158，2017），以及用于評估MSI分子鑒定的統(tǒng)計工具也有助于推進研究（例如，Nat.Methods 14,57-60,2017）。

通過質(zhì)譜來檢測低豐度分子，定量和分子鑒定（特別是代謝物）的靈敏度仍有很大的提高空間。去年的這些新進展，以及尚未開放的MSI技術(shù)是否會有更廣泛的應(yīng)用？這是一個值得關(guān)注的領(lǐng)域。
賽默飛世爾有關(guān)代謝組學(xué)的質(zhì)譜分析平臺詳細技術(shù)資料

基質(zhì)輔助激光解吸MALDI

有多達20%的人可能在其腦垂體中有良性囊腫或腫瘤。絕大多數(shù)的垂體腫瘤是良性的，但可引起頭痛和深度疲勞，也可能擾亂激素功能。目前，外科醫(yī)生依賴于放射影像和核磁共振成像，來收集關(guān)于腫瘤大小和形狀的信息，但這些成像技術(shù)的分辨率是有限的，如果患者的癥狀持續(xù)，就需要額外的手術(shù)去除更多的腫瘤。來自美國布萊根婦女醫(yī)院（BWH）的研究人員提出了一種新的技術(shù)，可以幫助外科醫(yī)生更精確、幾乎實時地確定腫瘤的位置。延伸閱讀：Nature子刊：新探針讓轉(zhuǎn)移腫瘤現(xiàn)原形。

這一新的策略，利用一種可視化技術(shù)（基質(zhì)輔助激光解吸/電離質(zhì)譜成像MALDI MSI），可以分析組織中的特定激素，包括生長激素和催乳素。在最新發(fā)表的這項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，使用MALDI MSI，他們能夠在不到30分鐘的時間內(nèi)，確定腦垂體樣本中的這種激素成分。這能夠給外科醫(yī)生提供重要的信息，幫助他們區(qū)分正常腺和腫瘤。

為了測試這一技術(shù)，研究小組分析了45份垂體腺瘤和6份正常垂體組織中的激素水平，發(fā)現(xiàn)正常或腫瘤樣本有明顯不同的蛋白特征。

質(zhì)譜分析法，是測量樣品中存在的化學(xué)物質(zhì)的一種技術(shù)，目前在手術(shù)室中使用，幫助告知臨床決策，但直到現(xiàn)在，焦點都集中在小分子——代謝物、脂肪酸和脂質(zhì)，使用不同類型的方法。通過分析蛋白質(zhì)，MALDI MSI提供了一種方法，使激素水平可視化。

目前用來檢測激素水平的方法，需要的時間太長，因此不能適應(yīng)手術(shù)干預(yù)的時間限制。外科醫(yī)生必須去除更大數(shù)量可能健康的垂體，或者如果腫瘤沒有被完全去除再進行后續(xù)手術(shù)。

作者：Allison Doerr/生物通編譯

參考文獻：

Mass spectrometry imaging goes three dimensional

The 3D OrbiSIMS-label-free metabolic imaging with subcellular lateral resolution and high mass-resolving power

Autofocusing MALDI mass spectrometry imaging of tissue sections and 3D chemical topography of nonflat surfaces

Programmable full-adder computations in communicating three-dimensional cell cultures